CH01 電腦基本架構認識電腦基本架構認識中央處理器認識記憶體與儲存裝置認識輸出入裝置學習資料表示法

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伊杨
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1 認識電腦基本架構認識中央處理器認識記憶體與儲存裝置認識輸出入裝置學習資料表示法

2 1-1 電腦基本架構 3 電腦與人類生活電腦無所不在桌上型電腦筆記型電腦智慧型手機平板電腦汽車捷運高鐵飛機等交通工具以及交通號誌必須藉助電腦來控制與管理銀行 ATM 提款機悠遊卡智慧票證系統公司行號人事差勤系統, 各式各樣的通訊與網路系統等等 4

3 電腦的最基礎架構軟體 (Software) 硬體 (Hardware) 5 常見的電腦硬體中央處理器記憶體硬碟機光碟機鍵盤滑鼠螢幕印表機 6

4 電腦軟體若只有電腦硬體卻沒有安裝任何軟體電腦無從得知到底該執行什麼動作電腦軟體的主要功能就是驅動電腦硬體並且讓電腦依照人們的指示來執行任務電腦軟體可依照應用特性來分類大致包括了作業系統系統工具程式應用軟體等類型 7 常見的作業系統 8

常見的電腦類型桌上型電腦一般個人電腦 PC 指的都是桌上型電腦為何叫桌上型因為通常電腦主機體積不大

5 系統工具程式及應用軟體系統工具程式例如防毒程式磁碟備份程式檔案壓縮/解壓縮程式應用軟體例如Office文書處理軟體 Photoshop影像處理軟體 Skype或MSN即時通訊軟體各種遊戲軟體 9 常見的電腦類型桌上型電腦一般個人電腦 PC 指的都是桌上型電腦為何叫桌上型因為通常電腦主機體積不大可平躺或直立地放置在桌面上 All-in-One AIO PC 將電腦主機與螢幕合而為一可節省桌面空間亦可減少電腦背面的連接線與電源線讓擺放電腦的桌面更為整潔 10

6 常見的電腦類型筆記型電腦最主要目的是為了讓人攜帶方便具有輕巧耐震耗電量低等特性 11 常見的電腦類型家庭劇院電腦 Home Theater PC ( 簡稱 HTPC) 主要用途為擺放在客廳的電視機旁, 以電視做為電腦的顯示器, 讓使用者透過 HTPC 來播放影音媒體或是玩電腦遊戲通常較強調高畫質輸出能力, 及低運作噪音等特性 12

7 常見的電腦類型伺服器 Server 主要功能不是個人使用, 而是提供服務給多人共用硬體規格上通常要求較高, 例如採用伺服器專用中央處理器大容量主記憶體具有容錯功能的磁碟陣列等等 13 常見的電腦類型智慧型手機 Smartphone 本質上就是縮小版的個人電腦, 使用者可在其中依需求安裝應用軟體 Apple iphone Google Android Microsoft WP8 BlackBerry 14

8 常見的電腦類型平板電腦 Tablet Computer Tablet PC Apple ipad Android Tablet 年第 2 季全球 PC 市場排名資料來源 :Gartner 16

9 2013 年第 1 季全球智慧型手機作業系統排名資料來源 :Gartner 中央處理器 18

10 中央處理器 Central Processing Unit 簡稱CPU 中文名又稱微處理機微處理器或就叫作處理器 CPU是電腦的資料處理中心負責各種算術運算邏輯運算以及程式執行等工作 19 中央處理器時脈速度的進展多核心處理器資料來源 Tom s Hardware 20

11 常見的 CPU 21 中央處理器的組成單元 22

12 算數邏輯單元 ALU 除了加減乘除等算數運算之外它也負責邏輯運算 23 CPU的運作 $3 = $1 + $2 控制單元 $1 算術邏輯單元暫存器 $1+$2 $2 $3 24

13 控制單元 CU 1. 接受指令 Instruction 2. 解讀指令裡的運作碼 Opcode 指令是要做什麼動作例如某算術運算或邏輯運算需要哪些運算元 Operand 運算元應該放在哪裡 3. 產生對應的控制信號來操控相關元件的動作 25 中央處理器的規格時脈速度中央處理器內部的運作速度例如Intel Core i7-3770的時脈速度為3.40ghz 26

14 中央處理器的規格核心數量多核心架構 Multi-core 在CPU的積體電路包裝內植入多個可彼此獨立運作的處理器這些獨立運作的處理器也就是所謂的核心與單核心CPU相較在同一時脈速度之下多核心 CPU可同時執行多個任務因此計算效能較好市面上主流的個人電腦CPU均為多核心架構例如Intel Core i5/i7系列多為4核心 AMD Phenom II X6系列為6核心 27 中央處理器的規格快取記憶體中央處理器 CPU核心快取記憶體快取記憶體 Cache 扮演了橋梁或代理人的角色運作介於CPU的暫存器與電腦的主記憶體之間匯流排為何需要快取記憶體主記憶體 CPU時脈速度遠高於主記憶體時脈速度若要暫存器直接存取主記憶體則CPU運作效能將被嚴重拖累 28

15 中央處理器的規格 32 位元與 64 位元所謂的 32 位元或 64 位元處理器, 指的是 CPU 能在單一時脈週期內解譯並執行的位元數量為 32 位元或是 64 位元個人電腦或伺服器所使用的 CPU 均早已進入 64 位元的世代智慧型手機與平板電腦所使用的 CPU 將於 2013 年進入 64 位元的世代記憶體與儲存裝置 30

16 數位 Digital 與類比 Analog 數位指的是將信號用不連續的位階來表達就像是樓梯般的只有第1階第2階第3階等表達方式而沒有所謂第2.39階這種位置存在類比信號的觀念就像是一個斜坡般位置與位置之間的關係是連續的不像階梯那樣是被斷開來的 31 數位 Digital 與類比 Analog 屬類比信號的聲波圖形電腦產生的數位信號振幅 +V 0 時間 V 32

17 位元 vs. 位元組位元 bit 數位信號的最基本單位值為0或1 以小寫字母b表示 Most Significant Bit (MSB) 位元組 Byte 8 個位元併排組合在一起成為1個位元組儲存容量的最基本度量單位以大寫字母B表示 Least Significant Bit (LSB) 33 常見的儲存容量單位 34

18 記憶體的分類 1. 隨機存取記憶體 RAM 可供以隨機方式讀取與寫入資料關閉電源後資料會消失稱為具有揮發性例電腦的主記憶體 CPU 內部的快取記憶體 2. 唯讀記憶體 ROM 只供讀取無法寫入關閉電源後資料不會消失稱為具有非揮發性例電腦的系統BIOS CD唱片 35 隨機存取記憶體 RAM 1. 靜態隨機存取記憶體 SRAM 單位結構大多由6個電晶體所組成為何稱為靜態因為SRAM沒有隨時間電荷流失而造成資料遺失的問題 2. 動態隨機存取記憶體 DRAM 單位結構由1個電晶體與1個電容組成為何稱為動態因為DRAM 的運作過程當中電容必須被反覆地充電 36

19 SRAM vs. DRAM 37 SRAM CPU快取記憶體例 Intel Core i7的快取記憶體容量為8mb 38

20 DRAM 主記憶體例 : 單一記憶體顆粒容量為 256MB 39 DRAM 的種類 FPM DRAM EDO RAM Burst EDO RAM SDRAM DRDRAM DDR SDRAM 目前以 DDR SDRAM 技術為市場主流 DDR(Double Data Rate) 雙倍資料速率第二代的 DDR2 SDRAM 第三代的 DDR3 SDRAM 目前 DDR3 SDRAM 已成為最普遍使用的類型 40

21 DRAM 的價格趨勢資料來源 : 41 每台 PC 平均 DRAM 容量趨勢資料來源 :IHS isuppli Research, August

唯讀記憶體 ROM 傳統的ROM只能供我們一次性的寫入資料新一代的ROM已可讓我們對其內容進行更新 1. EPROM Erasable Programmable ROM 2. EEPROM Electrically Erasable Programmable ROM 已廣泛應用於電腦的BIOS 3.

22 唯讀記憶體 ROM 傳統的ROM只能供我們一次性的寫入資料新一代的ROM已可讓我們對其內容進行更新 1. EPROM Erasable Programmable ROM 2. EEPROM Electrically Erasable Programmable ROM 已廣泛應用於電腦的BIOS 3. 快閃記憶體 Flash Memory 應用於記憶卡 USB 隨身碟固態硬碟 43 硬碟機 Hard Disk Drive HDD 磁性碟盤主軸與馬達一種以旋轉磁性碟盤為核心的非揮發性儲存媒體內部構造由磁性碟盤主軸與馬達讀寫頭所組成碟盤非常堅硬可承受高速旋轉而不變形讀寫頭 44

23 硬碟機的規格 1 尺寸 (Form Factor) 碟盤直徑 :3.5 英吋 2.5 英吋 1.8 英吋等三種磁碟容量 (Disk Capacity) 3.5 英吋 :~ 4TB 2.5 英吋 :~ 2TB 1.8 英吋 :~ 160GB 45 硬碟機的規格 2 磁碟快取 (Disk Cache) 又稱為磁碟緩衝器 (Disk Buffer) 觀念類似 CPU 的快取記憶體, 磁碟快取是主記憶體與硬碟之間的緩衝器轉速 (Rotational Speed) 轉速愈高, 資料存取速度愈快單位 :RPM(Revolutions Per Minute) 46

24 硬碟機的規格 3 傳輸介面 (Interface) 早期流行的 IDE 介面已快要絕跡目前絕大多數硬碟機採用 Serial ATA 標準, 簡稱 SATA SATA 介面亦可用來連接其他大量儲存裝置, 如光碟機 47 光碟機光碟機 (Optical Disc Drive) 藉由使用雷射光波進行資料讀取或寫入動作的大量儲存裝置光碟片 (Optical Disc) 用於光碟機的可交換式光學資料儲存媒體 48

25 CD(Compact Disc) 用途儲存與播放音樂數位資料與多媒體資料標準尺寸直徑 12 公分的 CD 片可容納 80 分鐘的未壓縮語音資料或約 700MB 的數據資料 CD 種類 1. CD-ROM: 僅能讀取資料, 不能寫入或變更 2. CD-R: 僅能寫入資料一次, 不能重覆寫入 3. CD-RW: 可重覆寫入 49 Video CD(VCD) VCD 使用 CD 來儲存數位視訊的一種國際標準解析度為像素視訊採用 MPEG-1 壓縮技術 50

26 DVD(Digital Versatile Disc) DVD 標準尺寸亦為直徑 12 公分最小容量為 4.7 GB, 最高可達 17 GB 有單面單層單面雙層雙面單層, 以及雙面雙層等多種形態 51 DVD 的種類 1. DVD-ROM: 僅能讀取資料, 不能寫入或變更 2. DVD-Video: 適用於藉由 DVD 來儲存與傳播電影等影音內容之標準 3. DVD-Audio: 適用於藉由 DVD 來儲存高傳真音訊內容的標準格式 4. DVD-R: 可寫入資料一次, 但無法重覆寫入 5. DVD-RAM: 就像硬碟機一般, 可隨機讀取與寫入 6. DVD-RW: 與 DVD-RAM 類似, 但讀取與寫入方式是循序而非隨機 52

發展 DVD 的主要用途 DVD-Video 採 MPEG-2 視訊壓縮技術, 解析度可達 720

27 發展 DVD 的主要用途 DVD-Video 採 MPEG-2 視訊壓縮技術, 解析度可達像素採 Dolby Digital(AC-3) 音訊格式, 支援多達 6 個聲道 ( 或稱 5.1 聲道 ) DVD-Video 所提供的影音品質遠高於早期的 VCD 其他功能 : 至多 32 種語音 8 種字幕 9 組視角 53 DVD 燒錄機內接式 (SATA 介面 ) 外接式 (USB 介面 ) 54

28 藍光光碟 (Blu-ray Disc) 簡稱 BD 用來取代 DVD 技術的新一代光學儲存媒體外觀上保持與 CD 或 DVD 一致的 12 公分直徑為何稱為藍光? 因為使用 405 奈米的藍光雷射來進行資料讀寫動作儲存容量 25 GB( 單層 ) 50 GB( 雙層 ) 100 GB( 三層 ) 128 GB( 四層 ) 55 使用藍光光碟來享受影音服務視訊壓縮技術可使用 MPEG-2 新增 MPEG-4 AVC SMPTE VC-1 最高解析度可達像素 ( 稱為 Full HD) 音訊編碼可使用 Dolby Digital(AC-3) 新增 DTS-HD Master Audio 等數種更高品質的編碼方式 56

29 藍光光碟機 57 可攜式儲存裝置軟碟 5.25 (1.2MB) 3.5 (1.44MB) 圖片來源 :Wikipedia 58

30 可攜式儲存裝置記憶卡 36 mm 32 mm 21.5 mm 11 mm 43 mm 24 mm 20 mm 15 mm CompactFlash Secure Digital (SD) minisd microsd 59 可攜式儲存裝置記憶卡 60

可攜式儲存裝置 USB隨身碟特點外型輕巧儲存容量大隨插即用 Plug-and-Play 介面 USB 2.0 480 Mbit/s USB 3.

31 可攜式儲存裝置 USB隨身碟特點外型輕巧儲存容量大隨插即用 Plug-and-Play 介面 USB Mbit/s USB Gbit/s 指紋掃描器 61 可攜式儲存裝置固態硬碟 Solid-State Drive SSD 使用快閃記憶體做為儲存媒介可用來取代硬碟機與傳統硬碟機比較優點 SSD為純電子式的元件沒有使用磁性碟盤存取速度快省電抗震無轉動噪音缺點儲存容量較一般硬碟小製造成本非常高使用壽命較短 62

32 可攜式儲存裝置行動硬碟特點大儲存容量便於攜帶及連接常見介面 USB 2.0 與 USB 3.0 IEEE 1394(Firewire) external SATA(eSATA) Firewire 介面 USB 介面輸出入裝置 64

33 輸入裝置鍵盤連接介面有線 :USB 無線 : 無線電藍牙 65 輸入裝置滑鼠類型滾輪滑鼠光學滑鼠雷射滑鼠連接介面有線 :USB 無線 : 無線電藍牙 66

34 輸入裝置觸控板軌跡球觸控板軌跡球 67 輸入裝置觸控螢幕實際上觸控螢幕兼具了輸入功能與輸出功能 68

35 輸入裝置聲音及影像輸入耳機麥克風組單眼數位像機 (DSLR) 消費型數位像機數位攝影機網路攝影機 69 輸入裝置聲音及影像輸入平台式掃描器結合掃描功能的複合式事務機 70

36 輸出裝置顯示器三種常見的顯示器技術 : 1. 陰極射線管 (CRT) 2. 液晶顯示器 (LCD) 3. 電漿顯示器 (PDP) CRT LCD PDP 71 CRT 顯示器原理電子槍發射電子束, 經過磁場改變電子束的路徑, 最後打在塗滿磷化物的映像管上, 磷化物便產生暫時性的發光何謂掃描線? 為了在映像管上形成一張完整的影像畫面, 電子束會由左至右掃出一條稱為掃描線的水平線, 接著再掃出下一條掃描線美規 NTSC 標準 : 一個畫面有 525 條掃描線, 且每秒鐘產生張影像畫面 72

37 LCD 顯示器原理藉由電場來改變每個畫素 (Pixel) 中液晶分子的旋轉排列方向, 以控制背板光源的光線經過液晶分子的透出程度面板與背板光源面板 : 例如 TFT-LCD 是由薄膜電晶體 (Thin-Film Transistor) 技術所製成的 LCD 面板背板光源種類 : 舊式的冷陰極管 (CCFL) 光源新式的發光二極體 (LED) 光源 73 PDP 顯示器原理面板由許多充滿惰性氣體的玻璃材質微小空間所組成對 PDP Cell 施以高電壓之後, 惰性氣體產生電漿效應放射出紫外線, 激發塗佈在玻璃上的紅綠藍色磷光質而產生可見光 PDP vs. LCD PDP 像素主動性自發光, 而 LCD 則透過背板光源發光 PDP 有較佳的對比效果色彩飽和度較好更廣的可視角度較 LCD 顯示器耗電, 且若畫面長時間停留不變容易有畫面烙印的問題 74

38 常見的顯示器介面 DVI 數位視訊介面 HDMI 高清晰度多媒體介面 VGA端子 (D-Sub) 75 輸出裝置喇叭與耳機 5.1聲道喇叭耳機 76

39 輸出裝置印表機三種常見的印表機 1. 點陣印表機 2. 噴墨印表機 3. 雷射印表機噴墨印表機點陣印表機雷射印表機資料表示法 78

40 資訊數位化的好處 1. 方便性可將數位資訊透過網路或可攜式儲存裝置, 將資訊傳遞分享給其他人, 比傳統實體文件的傳遞要方便得多 2. 永久性實體文件或物件的保存可能因時間環境或人為因素造成資料損毀或遺失, 而將實體物件數位化以後, 可輕易利用複製方式來備份, 而將資訊永久保存下來 3. 整合性資訊數位化以後可透過電腦軟體將原本單調的各類資料加以整合, 產生出一種新的形式, 例如多媒體簡報 79 進位系統二進位 (Binary) 系統以 0 1 兩個數字做為計數基底, 逢 2 就進位十進位 (Decimal) 系統以 0~9 這 10 個數字做為計數基底, 逢 10 就進位十六進位 (Hexadecimal) 系統使用了 0~9 以及 A B C D E F 這 16 個數字為計數基底, 逢 16 就進位 80

41 進位系統 81 數值表示法數值資料整數 (Integer): 不含小數浮點數 (Floating Point): 包含小數如何表示負整數? 最高位元表示法 2 補數表示法 82

整數最高位元表示法最高位元 (MSB) 表示正負符號 0 代表正號 1 代表負號以 8 位元為例 : MSB 1 1 0 1 0 0 0 1 83 整數 2 補數表示法 2 補數表示法 (2 s Complement) 的最高位元亦表示正負符號

42 整數最高位元表示法最高位元 (MSB) 表示正負符號 0 代表正號 1 代表負號以 8 位元為例 : MSB 整數 2 補數表示法 2 補數表示法 (2 s Complement) 的最高位元亦表示正負符號 0 代表正號 1 代表負號但負值表示方式需先由正值取補數加 1 而得例如 75 的二進位表示為 , 則 -75 表示為 : 步驟取補數步驟

43 整數 2補數表示法以8位元為例 85 浮點數表示法 IEEE 754標準符號位元指數偏移值小數部分圖片來源 Wikipedia 86

44 文字表示法數值資料用二進位的形式儲存於電腦中同樣地, 當我們輸入文字資料時, 也必須被轉換成二進位的形式來儲存, 這樣的轉換稱為編碼例如 : 假設使用的是 ASCII 編碼, 則輸入 V 會被轉換為 86 10, 輸入 = 會被轉換為常見的編碼系統 ASCII American Standard Code for Information Interchange 使用 7 個位元來表示 128 種字元 ASCII-8 使用 8 個位元來表示 256 種字元, 其中前 128 種字元與 ASCII 一致中文編碼系統繁體中文 :BIG5 簡體中文 :GB Unicode 目的是為了涵蓋電腦所使用的所有各種文字與符號, 例如包括英文中文日文拉丁文希臘文俄文等等, 全部整合進來使用 16 位元來代表 65,536 種字元 88

45 部分的 ASCII 編碼對照表 89

案號 :LP 京年升 : 16-LP 第一組個人電腦鎮億年 : 16-LP 項次契約金額廠牌型號產地品名共同規格 acer Veriton M2640G 臺灣 ASUS MD330 臺灣 MSI 微星科技捷元 GENUINE ProDesk 400 G3

案號 :LP 京年升 : 16-LP 第一組個人電腦鎮億年 : 16-LP 項次契約金額廠牌型號產地品名共同規格 acer Veriton M2640G 臺灣 ASUS MD330 臺灣 MSI 微星科技捷元 GENUINE ProDesk 400 G3 一般型電腦 Pentium 1 16,400 Lenovo 10GQ 3.5GHz(Windows 作業系統 )( 獨立主機不含螢幕 ) 1. 處理器 :INTEL Pentium 3.5GHz( 含 ) 以 2 16,294 聯強 LEMEL BSMI61H1GAA Lenovo 10GQ 聯強 LEMEL BSMI61H1GAA 一般型電腦 Pentium 3.5GHz(Windows 作業系統

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